硅化物形态和分布显著影响钛合金性能。然而，β型钛合金中硅化物类型及其形成机制仍不清楚。本工作报道了激光粉床熔化 (LPBF) 制备的β-型Ti-34.5Nb-6.9Zr-4.9Ta-1.4Si（TNZTS）合金经时效处理后的硅化物析出行为，讨论了其形成机制，并基于硅化物相选择调控LPBF β-型TNZTS合金的力学性能。有趣的是，热处理导致形成了两种新型硅化物沉淀相：网状分布的过饱和富硅β-Ti相，随时效温度升高其转变为 (Ti, Zr)2Si (S2) 相；以及在先存点状S2相上形成新的短棒状S2相。前者起源于Si原子向位错壁聚集以及随后的沉淀反应，后者源自于点状S2和β-Ti之间的热膨胀系数差别导致的相界处大微应变。时效处理的TNZTS合金表现出良好的抗拉强度(1083 ± 5 MPa)和断裂应变(5.6% ± 1.0%)，优于直接LPBF的TNZTS合金，这归因于析出强化、晶界强化和相选择产生的不连续晶间硅化物。所得结果为设计和制备具有优异力学性能的生物医用含硅β型钛合金提供了依据。

             

（1）揭示了两种新型硅化物的时效析出机制；

             

图1 不同温度时效4 h后TNZTS合金的SEM相貌:(a) 300℃，(b) 400℃，(C) 500℃，(d) 600℃，(e) 700℃，(f) 800℃。 

             

图2 400℃/4h后TNZTS合金的TEM形貌图和选区电子衍射图：（a）薄壳状晶界S2相的TEM形貌及基体衍射斑点；（b）图a中红圈对应的衍射斑点；（c）粒状晶界S2相TEM 形貌及d对应的衍射斑点；（e）图c的放大图以及对应f衍射斑点、（g）高分辨和（h）逆傅里叶变换。 

图4 1200℃固溶30min后TNZTS合金的TEM形貌、选区电子衍射图、高分辨图以及应变场图：（a）S2/β-Ti界面TEM图；（b）图a中白色圆圈内的选区电子衍射图；（c）S2相的高分辨图和白色矩形对应的傅里叶变换图；（e）和（f）应变张量εxx和εyy, 其中 x // [0001]S2, y //[1010̅]S2；（g）图e和f中对应的应变曲线图；（h）β-Ti的高分辨图；（i）图h白色矩形对应的傅里叶变换图；（j）和（k）应变张量 εxx和 εyy, 其中 x // [110]β-Ti, y // [11̅0]β-Ti；（l）图j和k中对应的应变曲线图。(d)和(i)中由白色圆圈标记的g矢量用于计算应变张量分量。

图5为400℃不同时效时间后TNZTS合金的拉伸应力应变曲线。时效时间为0.5h 时，合金表现出较高的强度（1064±10 MPa）和断裂应变（5.6±1.0%），与LPBF制备的TNZTS合金相比，塑性提高。随着时效时间增加，合金的屈服强度和抗拉强度变化不大，但合金的塑性逐渐减小，尤其经过12h时效后塑性大幅降低（2.3%±0.6%）。这归因于随着时间增加，脆性薄壳状S2相沿着晶界不断析出，急剧恶化了合金的拉伸塑性。

图5（a）400℃时效不同时间后TNZTS合金的拉伸应力应变曲线（插图为局部放大图）；（b）TNZTS 合金的屈服强度、抗拉强度和弹性模量测量值。

罗炫，2022年12月博士毕业于华南理工大学机械与汽车工程学院国家金属材料近净成形工程技术研究中心，现于华中科技大学先进材料制备与成形研究中心从事博士后研究工作。主要研究方向为3D打印生物医用β型钛合金及组织性能调控。以第一作者发表SCI论文4篇（Addit. Manuf.、J. Mater. Sci. Technol.、Mater. Sci. Eng. A、Mater. Sci. Eng. C），其中ESI 高被引论文1篇，授权中国发明专利2件，受理美国发明专利1件。

杨超，教授、博士生导师。华南理工大学机械与汽车工程学院副院长，国家金属材料近净成形工程技术研究中心副主任。教育部“新世纪优秀人才支持计划”入选者，广东省特支计划“科技创新领军人才”入选者。《Frontiers in Materials》（IF=3.985）副主编，《Advanced Powder Materials》编委、《Advanced Engineering Materials》(IF 4.122 )Guest Editor。主持国家自然科学基金联合基金、国家基础科研计划、广东省重点领域研发计划等国家和省部级项目10余项。在Acta Mater.、Scr. Mater.、Addit. Manuf.等权威期刊发表学术论文190篇，SCI他引近2000次，H因子35。出版中英文学术专著2部。授权国家发明专利35件，授权美日澳发明专利6件。获批合金牌号2项（GB/T5231收录）。从事新型钛合金、无铅铜合金、形状记忆合金、非晶/纳米晶合金等高性能合金材料制备与成形（3D/4D打印、粉末冶金等）方面的科教工作。